JP2000075211A - 顕微鏡用対物レンズおよび顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】顕微鏡用対物レンズにピント差や像ずれを補正
する調整機構を備える。 【解決手段】顕微鏡用対物レンズは、レンズ１０および
レンズ保持枠２０を収容した筐体４０を、顕微鏡本体１
Ａに対して光軸１００方向に移動可能としてピント差を
調整し、光軸１００と直交する方向に移動可能として像
ずれを調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡及び対物レ
ンズに関し、特に、半導体検査用の高倍率、高開口数の
紫外線を利用する顕微鏡およびその対物レンズに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】接眼レンズと、倍率が異なる複数の対物
レンズとを組み合わせて、高倍率で試料を観察する各種
光学顕微鏡が知られている。これらの顕微鏡では、倍率
が異なる対物レンズを選択して試料の観察倍率を変えて
いる。倍率が異なる複数の対物レンズは、レボルバと呼
ばれる回転機構を備えたものに回転中心に対して同一径
上に固定され、レボルバを回転させることによりレボル
バ上に設けられた対物レンズのうち１つを選択すること
が可能である。

【０００３】倍率が異なる対物レンズに変えると対物レ
ンズの焦点距離が変わり、そのままでは試料にピントが
合わなくなる。対物レンズを変えても試料にピントが合
ったきれいな像を観測できるようにするためには、倍率
を変えても対物レンズの焦点距離が変わらず一定となる
対物レンズが望まれる。

【０００４】ところが、異なる対物レンズ相互間の焦点
距離は、対物レンズの製造上の誤差や、レボルバの対物
レンズ取り付け面の光軸方向における位置ずれなどによ
り同一の長さにすることが困難であり微調整が必要であ
る。例えば、倍率が１００倍、開口数０．９５であるよ
うな高倍率、高開口数の対物レンズの場合では、焦点深
度が約０．３μｍである。ピント差が焦点深度より大き
くなると観察される像がぼけ、通常、焦点深度の５倍以
上のピント差があるとぼけた像も得られなくなる。従
来、このような対物レンズ相互間に生じたピント差は、
対物レンズ取り付けねじとレボルバとの間に適当な厚さ
の調整用箔を挟み込むことにより補正をしていた。

【０００５】また、倍率が異なる高倍率の対物レンズに
変えると対物レンズの光軸ずれなどにより、そのままで
は試料が視野の中心から周囲へ移動してしまう。この像
ずれを抑えるためには光軸ずれが生じない対物レンズが
望まれる。しかしながら、ピント差と同様に対物レンズ
の製造上の誤差や、レボルバの取り付け面の光軸に対す
る直角度、レボルバの取り付けねじの中心軸と光軸との
ずれなどにより像ずれが生じるため微調整が必要であ
る。通常、対物レンズの倍率を切り替えたときに生ずる
像ずれは、２０〜３０μｍである。例えば、倍率を１０
０倍、固体撮像素子のサイズを２／３インチ、中間リレ
ー倍率を２倍とすれば、実視野は３３×４４μｍであ
り、倍率を切り替えると視野の中心にあった像が視野か
ら外れてしまう値である。上述の例で視野外へ外れない
ようにするには、像ずれを５μｍ以下に補正する必要が
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ピン
ト差や像ずれは対物レンズの製造誤差、レボルバの対物
レンズ取り付け面の光軸方向のずれ、レボルバの取り付
け面の光軸に対する直角度、レボルバの取り付けねじの
中心軸と光軸のずれなどによるものであるが、これらの
加工、組立精度を向上して解決するには要求精度が厳し
く、コストに見合った加工が困難である。また、従来行
われていたピント差の補正は、対物レンズ取り付けねじ
とレボルバの間に挟む調整用箔の厚さの決定を数回の試
行錯誤のもとに行うので、手間と時間を要する上に調整
範囲が最大約５μｍと制限があった。

【０００７】本発明の目的は、ピント差あるいは像ずれ
を補正する調整機構を備えた対物レンズおよびその対物
レンズを備えた顕微鏡を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
〜図３を参照して本発明を説明する。 （１）請求項１の発明による対物レンズは、顕微鏡本体
１Ａへの取付部４５を備える固定筒体４０と、この固定
筒体４０に対して光軸１００方向に移動可能な移動筒体
３０と、この移動筒体３０に収容されたレンズ１０と、
固定筒体４０に対して移動筒体３０を移動する移動機構
５０とを備えることにより上述した目的を達成する。 （２）請求項２の発明による対物レンズは、顕微鏡本体
１Ａへの取付部１７５を備える固定筒体１７０と、この
固定筒体１７０に対して光軸１００と直交する方向に移
動可能な移動筒体３０、１４０と、この移動筒体３０、
１４０に収容されたレンズ１０と、固定筒体１７０に対
して移動筒体３０、１４０を光軸１００と直交する方向
に移動する移動機構２００とを備えることにより上述し
た目的を達成する。 （３）請求項３の発明による対物レンズは、顕微鏡本体
１Ａへの取付部１７５を備える固定筒体１７０と、この
固定筒体１７０に対して光軸１００方向および光軸１０
０と直交する方向に移動可能な移動筒体３０、１４０
と、この移動筒体３０に収容されたレンズ１０と、固定
筒体１７０に対して移動筒体３０を光軸１００方向に移
動する第１の移動機構５０と、固定筒体１７０に対して
移動筒体３０、１４０を光軸１００と直交する方向に移
動する第２の移動機構２００とを備えることにより上述
した目的を達成する。 （４）請求項４の発明は、接眼レンズ２と、回転可能な
レボルバ３に取り付けられた複数の対物レンズ４とを備
えた顕微鏡に適用される。そして、対物レンズ４は、レ
ボルバ３への取付部４５を備える固定筒体４０と、この
固定筒体４０に対して光軸１００方向に移動可能な移動
筒体３０と、この移動筒体３０に収容されたレンズ１０
と、固定筒体４０に対して移動筒体３０を移動する移動
機構５０とを備えることにより上述の目的を達成する。 （５）請求項５の発明は、接眼レンズ２と、回転可能な
レボルバ３に取り付けられた複数の対物レンズ４とを備
えた顕微鏡に適用される。そして、対物レンズ４は、レ
ボルバ３への取付部１７５を備える固定筒体１７０と、
この固定筒体１７０に対して光軸１００と直交する方向
に移動可能な移動筒体３０、１４０と、この移動筒体３
０、１４０に収容されたレンズ１０と、固定筒体１７０
に対して移動筒体３０、１４０を光軸１００と直交する
方向に移動する移動機構２００とを備えることにより上
述の目的を達成する。 （６）請求項６の発明は、接眼レンズ２と、回転可能な
レボルバ３に取り付けられた複数の対物レンズ４とを備
えた顕微鏡に適用される。そして対物レンズ４は、レボ
ルバ３への取付部１７５を備える固定筒体１７０と、こ
の固定筒体１７０に対して光軸１００方向および光軸１
００と直交する方向に移動可能な移動筒体３０、１４０
と、この移動筒体３０に収容されたレンズ１０と、固定
筒体１７０に対して移動筒体３０を光軸１００方向に移
動する第１の移動機構５０と、固定筒体１７０に対して
移動筒体３０、１４０を光軸１００と直交する方向に移
動する第２の移動機構２００とを備えることにより上述
の目的を達成する。

【０００９】なお、上記課題を解決するための手段で
は、分かりやすく説明するため実施の形態の図と対応づ
けたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるも
のではない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明による対物レンズを
搭載した顕微鏡１の全体を示す図である。顕微鏡１は、
顕微鏡本体１Ａに取りつけられた接眼レンズ２と、顕微
鏡本体１Ａに回転可能に設けられているレボルバ３に固
定された倍率が異なる対物レンズ４（４ａ、４ｂ）と、
試料７を載置するステージ５と、ステージ５を顕微鏡本
体１Ａに対して上下動させるハンドル６とを備えてい
る。観察者は、試料７をステージ５上の所定の観察場所
に載置し、レボルバ３を回転して観察に適した対物レン
ズ４ａあるいは４ｂを選択し、接眼レンズ２から覗いて
ハンドル６によりピントを調節し、試料７を観察する。

【００１１】ピント差を補正する機能を有する第一の実
施の形態による対物レンズの説明を行う。図２は、第一
の実施の形態による対物レンズ４の拡大図である。対物
レンズ４は、複数のレンズ１０ａ〜１０ｄを有するレン
ズ群１０と、各レンズ１０ａ〜１０ｄをそれぞれ保持す
る複数のレンズ保持枠２０ａ〜２０ｄと、各レンズ保持
枠２０ａ〜２０ｄを積層して収容する中間筒３０と、中
間筒３０を収容し、第一のねじ４０ａが形成された筐体
４０と、筐体４０の先端細径部に摺動可能に嵌合され、
外周に第二のねじ６０ａが形成された制限環６０と、筐
体４０に形成された第一のねじ５０ａと制限環６０に形
成された第二のねじ６０ａのそれぞれに螺合する差動ね
じナット５０とを備える。例えば、差動ねじナット５０
の第一のねじ５０ａのねじピッチは０．５ｍｍ、第二の
ねじ６０ａのねじピッチは０．４５ｍｍとされる。

【００１２】中間筒３０は筐体４０の内側に摺動可能に
挿入され、中間筒３０と筐体４０との間には圧縮ばね８
０が設けられ、圧縮ばね８０により中間筒３０の胴突き
面３１が制限環６０のフランジ部に押しつけられてい
る。

【００１３】制限環６０には径方向にピン６５が挿入さ
れ、ピン６５の先端は、筐体４０の一側面に光軸１００
方向に開けられた溝４１に臨んでいる。したがって、ピ
ン６５、すなわち、制限環６０は筐体４０の溝４１の範
囲でのみ直動可能であり、制限環６０はピン６５により
回転することが阻止され、直動するのみである。筐体４
０の上端外周部には、対物レンズ４をレボルバ３に固定
するための取り付けねじ４５が形成されている。

【００１４】図２に示すような対物レンズ４のピント差
の調整について説明する。ピント差の調整に先立ち、試
料７が載置されたステージ５を上下動させるハンドル６
を回し、接眼レンズ２から覗いて視野内に試料７の像が
はっきり観察できるようにピントを合わせておく。これ
から説明するピント差の調整とは、ハンドル６を回して
行う顕微鏡１全体としての調整ではなく、対物レンズ４
の製造誤差、あるいはレボルバ３の対物レンズ取り付け
面の光軸１００方向のずれ等に起因したピント差を補正
するための微調整を意味している。

【００１５】次に、対物レンズ４の差動ねじナット５０
を回す。上述したように、筐体４０に螺合する差動ねじ
ナット５０の第一のねじ５０ａのねじピッチＰ１は０．
５ｍｍ、制限環６０に螺合する差動ねじナット５０の第
二のねじ５０ｂのねじピッチＰ２を０．４５ｍｍとすれ
ば、差動ねじナット５０を１回転したとき、制限環６０
は、２つのねじピッチの差Ｐ１−Ｐ２＝０．０５ｍｍだ
け光軸１００に沿って移動する。このとき、制限環６０
はピン６５により筐体４０に対して回転せず、筐体４０
上を光軸１００方向に摺動する。図２は制限環６０が最
も上方に位置している状態である。制限環６０を下方に
繰り出すように差動ねじナット５０を回転すると、制限
環６０には、圧縮ばね８０によりレンズ群１０を保持す
る中間筒３０が押し当てられているので、制限環６０が
筐体４０に対して下方に移動してレンズ群１０を保持す
る中間筒３０も同時に下方に摺動し、ピント差の微調整
が行われる。制限環６０を繰り込むように差動ねじナッ
ト５０を回転すると、制限環６０は圧縮ばね８０のばね
力に抗し、胴突き面３１を介して中間筒３０を上方に移
動することができる。

【００１６】このようにして、差動ねじナット５０の操
作量に応じて筐体４０に対して制限環６０が光軸１００
方向に沿って移動すると、制限環６０に押しつけられて
いる対物レンズ群１０を保持する中間筒３０が移動す
る。以上の調整をレボルバ３に取りつけられた各々の対
物レンズ４について行う。

【００１７】図３は、像ずれを補正する機能を有する本
発明の第二の実施の形態による対物レンズ４Ａの拡大図
である。図２と同様の箇所には同一の符号を付して相違
点を主に説明する。対物レンズ４Ａは、レンズ１０ａ、
１０ｂ、１０ｃ、１０ｄをそれぞれ保持するレンズ保持
枠２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄが図２の実施の形態
と同様に中間筒３０に収容されている。また、筐体１４
０に嵌合する制限環６０を差動ねじナット５０により繰
り出し、繰り込む構造も図２のものと同様である。

【００１８】図２のものとの相違点は、筐体１４０の外
側に外筒１７０を設け、この外筒１７０をレボルバ３に
取り付けて筐体１４０、すなわち、レンズ１０ａ〜１０
ｄの光軸１００のずれを調整可能としたものである。筐
体１４０には鍔１４２が設けられ、外筒１７０がこの鍔
１４２上に保持される。外筒１７０の先端内周には押さ
え環１９０が螺合されている。押さえ環１９０と筐体１
４０の鍔１４２との間には、ウエーブワッシャ１９５が
介在され、鍔１４２は、このウエーブワッシャ１９５に
よる所定のばね圧で外筒の基準面１７１に押圧されてい
る。外筒１７０には周方向に等間隔に３つないし４つの
光軸調整ネジ２００が設けられている。外筒１７０の内
周面と筐体１４０の外周面との間には隙間Ｇが設けら
れ、光軸調整ねじ２００で筐体１４０を光軸１００と直
交する方向に移動して光軸ずれによる像ずれの修正が可
能とされている。

【００１９】図３に示すような対物レンズ４のピント差
の調整は、第一の実施の形態と同様にして差動ねじ５０
を回して行われる。そして、第一のねじ５０ａと第二の
ねじ５０ｂのねじピッチの差に応じた（移動量／一回
転）でレンズ群１０が光軸１００に沿って移動する。

【００２０】対物レンズ４Ａの像ずれの調整について説
明する。この説明における像ずれ調整とは、対物レンズ
４Ａの製造誤差、レボルバ３の取り付け面の光軸１００
に対する直角度、接眼レンズ２の光軸およびレボルバ３
の取り付けねじの中心軸と対物レンズ４Ａの光軸１００
とのずれなどに起因した像ずれを補正するための微調整
を意味している。

【００２１】レボルバ３を回して倍率が一番低い対物レ
ンズ４Ａを選択し、試料７が視野の中心にくるように光
軸調整ねじ２００を回して調整する。光軸調整ねじ２０
０は、外筒１７０の周方向に等間隔に設けられており、
外筒１７０の中心に対してレンズ群１０の光軸１００が
一致するように各々の光軸調整ネジ２００の締め具合を
調整する。接眼レンズ２の光軸およびレボルバ３の取り
付けねじの中心軸に基づく外筒１７０の中心と、レンズ
群１０の光軸１００とが一致したとき、接眼レンズ２か
ら覗いた視野の中心に試料７が観測される。次に、倍率
が１段階上の対物レンズ４にレボルバ３を回して切替
え、上述した方法により試料７が視野の中心に観察され
るように各光軸調整ねじ２００の締め具合を変えて調整
する。同様に、順次倍率の高い対物レンズ４に切替えて
調整を行う。

【００２２】この実施の形態の作用効果について説明す
る。 （１）対物レンズ４のピント差の補正のための微調整
は、対物レンズ４を顕微鏡本体１Ａに設けられたレボル
バ３に固定して行うので、対物レンズ４の製造上の誤差
だけでなく、レボルバ３の対物レンズ取り付け面の光軸
１００方向のずれ等に起因した顕微鏡１としての総合的
なピント差の補正を行うことが可能となる。 （２）対物レンズ４の像ずれの補正のための微調整は、
対物レンズ４を顕微鏡本体１Ａに設けられたレボルバ３
に固定して行うので、対物レンズ４の製造上の誤差だけ
でなく、レボルバ３の取り付け面の光軸１００に対する
直角度、レボルバ３の取り付けねじの中心軸と光軸１０
０とのずれなどに起因した顕微鏡１としての総合的な像
ずれの補正を行うことが可能となる。 （３）ピント差の補正作業は、差動ねじナット５０を回
転するだけで行うことができ、厚さが異なる調整用箔を
つけ替えて行う従来の調整作業よりも大幅に調整時間の
短縮が可能となった。

【００２３】なお、上述の説明においては、移動筒体を
固定筒体に対して光軸方向に移動させる移動機構として
差動ねじを使用した場合を説明したが、例えば、ピエゾ
素子などの圧電素子を使用して移動機構を構成してもよ
い。

【００２４】また、上述の説明においては、観察手段と
して接眼レンズを使用して説明したが、撮像素子を使用
して観察手段を構成してもよく、この場合、撮像素子で
撮像した画像をモニタ上で観察することができる。

【００２５】特許請求の範囲における各構成要素と、発
明の実施の形態における各構成要素との対応について説
明すると、筐体４０と外筒１７０が固定筒体に、中間筒
３０と筐体１４０が移動筒体に、差動ねじナット５０
と、筐体４０および筐体１４０に形成された第一のねじ
４０ａと、制限環６０と制限環６０に形成された第２の
ねじ６０ａと、圧縮ばね８０とが光軸１００方向への移
動機構に、光軸調整ねじ２００が光軸１００と直交する
方向への移動機構にそれぞれ対応する。

【００２６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明では、
顕微鏡本体に取りつけるための取り付け部を備えた固定
筒体に対して、レンズを収容した移動筒体を光軸方向に
移動可能にしたり、光軸と直交する方向にも移動可能に
したので、対物レンズの製造誤差によるピント差だけで
なく、レボルバの対物レンズ取りつけ面の光軸方向や光
軸に直交した寸法誤差も含めた顕微鏡全体としてのピン
ト差微調整および像ずれ微調整が可能となり、従来行わ
れてきた調整用箔を挟み替える微調整に比べて調整作業
が簡単で、調整に要する時間を短縮する効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による対物レンズを搭載した顕微鏡の全
体を示す図

【図２】第一の実施の形態による対物レンズの拡大図

【図３】第二の実施の形態による対物レンズの拡大図

【符号の説明】

１…顕微鏡、１Ａ…顕微鏡本体、２…接眼レンズ、３…
レボルバ、４…対物レンズ、４ａ…対物レンズ、４ｂ…
対物レンズ、５…ステージ、６…ハンドル、７…試料、
１０…レンズ、１０ａ…レンズ、１０ｂ…レンズ、１０
ｃ…レンズ、１０ｄ…レンズ、２０…レンズ保持枠、２
０ａ…レンズ保持枠、２０ｂ…レンズ保持枠、２０ｃ…
レンズ保持枠、２０ｄ…レンズ保持枠、３０…中間筒、
３１…胴突き面、４０…筐体、４０ａ…筐体４０に形成
されたねじ、４１…筐体４０の一側面に開けられた溝、
４５…筐体４０に形成された対物レンズ取りつけねじ、
５０…差動ねじナット、５０ａ…差動ねじナット５０に
形成された第一のねじ、５０ｂ…差動ねじナットに形成
された第二のねじ、６０…制限環、６０ａ…制限環に形
成されたねじ、６５…ピン、８０…圧縮ばね、１００…
光軸、１４０…筐体、１４１…鍔、１７０…外筒、１７
１…基準面、１７５…対物レンズ取りつけねじ、１９０
…押さえ環、１９５…ウエーブワッシャ、２００…光軸
調整ねじ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】顕微鏡本体への取付部を備える固定筒体
   と、この固定筒体に対して光軸方向に移動可能な移動筒
   体と、この移動筒体に収容されたレンズと、前記固定筒
   体に対して前記移動筒体を移動する移動機構とを備える
   ことを特徴とする顕微鏡用対物レンズ。
2. 【請求項２】顕微鏡本体への取付部を備える固定筒体
   と、この固定筒体に対して光軸と直交する方向に移動可
   能な移動筒体と、この移動筒体に収容されたレンズと、
   前記固定筒体に対して前記移動筒体を光軸と直交する方
   向に移動する移動機構とを備えることを特徴とする顕微
   鏡用対物レンズ。
3. 【請求項３】顕微鏡本体への取付部を備える固定筒体
   と、この固定筒体に対して光軸方向および光軸と直交す
   る方向に移動可能な移動筒体と、この移動筒体に収容さ
   れたレンズと、前記固定筒体に対して前記移動筒体を光
   軸方向に移動する第１の移動機構と、前記固定筒体に対
   して前記移動筒体を光軸と直交する方向に移動する第２
   の移動機構とを備えることを特徴とする顕微鏡用対物レ
   ンズ。
4. 【請求項４】接眼レンズと、回転可能なレボルバに取り
   付けられた複数の対物レンズとを備えた顕微鏡におい
   て、 前記対物レンズは、前記レボルバへの取付部を備える固
   定筒体と、この固定筒体に対して光軸方向に移動可能な
   移動筒体と、この移動筒体に収容されたレンズと、前記
   固定筒体に対して前記移動筒体を移動する移動機構とを
   備えることを特徴とする顕微鏡。
5. 【請求項５】接眼レンズと、回転可能なレボルバに取り
   付けられた複数の対物レンズとを備えた顕微鏡におい
   て、 前記対物レンズは、前記レボルバへの取付部を備える固
   定筒体と、この固定筒体に対して光軸と直交する方向に
   移動可能な移動筒体と、この移動筒体に収容されたレン
   ズと、前記固定筒体に対して前記移動筒体を光軸と直交
   する方向に移動する移動機構とを備えることを特徴とす
   る顕微鏡。
6. 【請求項６】接眼レンズと、回転可能なレボルバに取り
   付けられた複数の対物レンズとを備えた顕微鏡におい
   て、 前記対物レンズは、前記レボルバへの取付部を備える固
   定筒体と、この固定筒体に対して光軸方向および光軸と
   直交する方向に移動可能な移動筒体と、この移動筒体に
   収容されたレンズと、前記固定筒体に対して前記移動筒
   体を光軸方向に移動する第１の移動機構と、前記固定筒
   体に対して前記移動筒体を光軸と直交する方向に移動す
   る第２の移動機構とを備えることを特徴とする顕微鏡。